关键词： 旋转圆盘电极   杂原子掺杂石墨烯   动力学参数   计算流体力学  

摘要： 氮掺杂的石墨烯本身具有良好的电化学性能,制备的微球结构因具有大比表面积,电催化性能更加优异,作为超级电容器电极材料具有广泛的应用前景。旋转圆盘电极是测量材料电化学本征反应速率的一种常用方法,通过旋转运动产生的强迫对流,可在一定范围内消除浓差极化。然而采用经典电极动力学模型(Koutecky-Levich公式)得到的反应速率仍然受传质过程影响。且氮掺杂的石墨烯微球电极并非传统的平板电极,表面的多级孔隙结构也会形成传质限制,导致本征反应动力特性计算出现极大的偏差。本文针对本征反应动力学特性计算难的问题,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,通过数值模拟传质和反应动力过程之间的竞争,重现电流密度随电压变化的实验曲线,获得更接近本征反应动力学的参数。主要研究内容及工作如下:1.对旋转圆盘电极内部的速度场进行了数值模拟,研究电极的水动力学特性。以旋转圆盘电极中心的轴向速度表征电解液的传质能力,分析电极尺寸和位置对旋转圆盘电极传质效率的影响;并通过对四个无量纲数的讨论,给出了旋转圆盘电极结构设计的优化准则。2.对旋转旋转圆盘电极表面及附近的浓度场进行了数值模拟,研究电极外部传质对电催化性能的影响。基于NS方程建立了包含详细传质过程的电极动力学模型,对电极表面及其周围流体的速度场与组分的浓度场进行了精细化求解。通过重现电流密度随电压变化的实验曲线,获取电极的本征反应动力学参数。进一步,将该值与经典K-L公式获取的反应动力学参数相比较,给出其电压适用范围及反应速率常数的修正方法。3.对多级孔隙结构电极内部浓度场进行了数值模拟,研究电极内部的传质对电催化性能的影响。构建四种理想化的几何模型,以无量纲数Thiele模数表征传质与反应的竞争关系。对Thiele模数在不同结构特征的形式进行了分析,给出了外部多级孔隙结构Thiele模数的改进公式。

关键词： 颗粒尺度效应   多尺度本构关系   多尺度Mohr-Coulomb准则   孔隙尺度效应   边界滑移  

摘要： 土体是自然界最广泛的工程材料,合理掌握土体力学特性是保证工程安全和稳定的重要前提。然而,土体复杂的物质成分和随机易变的微细观结构使其力学特性仍未准确掌握,一些经过“精心”设计的岩土工程项目仍然经常出现严重的工程问题甚至发生工程安全事故。土体力学特性的复杂性主要源于颗粒间的相互作用特性和孔隙尺度特征(即孔隙尺度及分布特征)及其演变。颗粒间的相互作用主要是通过界面上的物理-化学效应如颗粒间摩擦和挤压、颗粒-水和气的吸附、砂粒与粘粒胶粒的胶结等来实现的,其性质与颗粒尺度密切相关,将影响作为土体力学性质而呈现“颗粒尺度效应”。土体变形通常伴随孔隙压缩和渗流,引起大孔隙湮灭和微小孔隙萌生等孔隙尺度特征变化,由此产生固结变形的“孔隙尺度演变效应”;颗粒-孔隙液的物理化学效应将显著影响土体渗流特性,该影响与孔隙尺度密切相关,随着孔隙尺度的减小而逐渐显著,由此呈现渗流的“孔隙尺度效应”,进而影响土体渗流过程,使土体力学特性更加难以掌握。本文主要针对上述问题,深入微细观尺度层次,重新考虑问题的内在机制,建立相关的模型理论并给上述问题的理论分析。主要研究工作和成果如下:(1)针对不同应力应变状态的颗粒尺度效应进行研究,展示直剪试验与三轴试验颗粒尺度效应的差异。基于剪切绕流以及基体-增强颗粒的作用特性,对直剪试验的颗粒尺度效应进行了理论分析,并对直剪试验与三轴试验之间颗粒尺度效应的差异给出合理的机理解释。(2)基于多尺度胞元模型,利用等效夹杂理论和材料的弹塑性变形特性,确定考虑基体塑性变形的应变集中张量,由此利用各尺度层次上的关联性及能量法则,导出土体本构关系;引入量纲平衡参数(即内禀尺度)对应力和偶应力进行耦合,由此获得表征土体内禀特性的特征长度参数,并分析土体颗粒尺度对其内禀特性的影响。(3)基于多尺度胞元模型,考虑细观基体-增强颗粒的作用特性,导出包含细观特性参数的Mohr-Coulomb准则,并展示屈服轨迹的颗粒尺度效应特征;引入相对转动梯度和内禀尺度,导出有限元计算的刚度矩阵,并编制有限元程序对应力局部化问题、应变局部化问题和颗粒尺度效应进行算例分析。(4)基于固结变形过程中孔隙尺度演变的试验,导出考虑孔隙尺度演化的非线性固结方程;基于文中孔隙尺度演化固结理论,给出超孔隙水压力消散、固结压缩变形和平均固结度随时间变化的一系列计算曲线,解释有关文献中报道的不同固结荷载下土体复杂的固结变形特性。(5)基于固-液界面的摩擦机制,考虑孔隙液粘结强度的影响而建立与水力梯度相关的边界滑移模型;利用Poisson方程、热力学平衡条件和Navier–Stokes方程,导出低渗透性土的渗透性模型理论,据此分析土体微-纳米尺度孔隙渗流特性的作用机理和影响机制,描述了渗透系数随水力梯度增加或减小的现象。

关键词： 随机堆积结构   大涡模拟   孔隙尺度   分形维数   幂律火焰褶皱模型   湍流-火焰相互作用  

摘要： 多孔介质燃烧是指采用多孔介质材料取代自由空间,使可燃混合气或燃油蒸汽经固体多孔介质,在类似于过滤情况下发生的燃烧,其广泛存在于自然界和工程实际。多孔介质内湍流燃烧是燃烧学的一个重要分支,由于复杂的多孔介质结构对其内的湍流特性、传热特性、燃烧过程及湍流-火焰间的相互作用等影响很大,多孔介质燃烧与其他燃烧过程存在较大差异。为了深入分析多孔介质内的湍流预混燃烧特性,本文采用与填充型多孔介质实际结构更为接近的随机堆积模型,结合基于大涡模拟方法的湍流模型与燃烧模型,对孔隙尺度下多孔介质内的流动、传热及燃烧过程进行数值模拟研究,本文主要完成的工作如下:首先,采用两种不同的仿真方法建立了与实际随机多孔介质结构相似的几何结构模型。一种方法是通过模拟单元体自由下落、碰撞及堆积过程,得到类似于实际堆积床结构的随机堆积模型;另一种方法是通过模拟发泡剂的随机分布、气核膨胀、气泡破碎以及停止增长过程,得到的类似于真实泡沫陶瓷结构的种子生长模型。由于在生成几何结构过程中,两种方法均是对多孔介质材料实际生产中的主要流程进行仿真,再结合MATLAB软件完成快速批量建模指令,进而实现模型输出,因此上述两种模型与实际多孔介质结构高度相似,均具有鲜明的随机性特征,同时具有生成快速的优势。其次,以随机堆积的几何结构模型为基础,在孔隙尺度下对多孔介质内流体的流动与传热过程进行数值模拟研究。通过模拟结果与实验数据的对比,全面验证了多孔介质结构模型、湍流模型及传热模型的有效性;在此基础上,对模拟结果进行了宏观分析,发现堆积结构内,平均孔隙率和多种流动标量及传热标量,均呈现周期性变化的分布特性,并详述了气体速度、颗粒大小等参数对多孔介质内湍流场和温度场的影响;应用大涡模拟方法(LES)研究了多孔介质局部区域内的流体流动特性及温度分布特性,通过对孔隙尺度下湍流场及温度场的细致分析,探索特征涡旋在多孔介质结构内的空间分布规律,确定了涡旋变化过程的时间尺度范围、等温面形状变化及形状复杂度等特征规律;同时应用雷诺平均方法(RANS)模拟得到同工况下的湍流场及温度场,将其与大涡模拟结果进行对比,讨论了两种方法的差异及其各自的优势。再次,基于上述随机堆积结构模型,将大涡模拟方法与双温度模型以及EBU-Arrhenius燃烧模型相结合,模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内的燃烧过程。通过模拟结果与实验数据的对比验证了模型的有效性;深入分析了多种工况下堆积内的火焰分布、火焰面特性及温度分布规律,讨论了入口速度,燃气当量比和堆积结构等参数对燃烧过程及火焰特性的影响;通过对多孔介质特殊结构内的湍流-火焰相互作用进行定量分析,确定了多种工况下湍流火焰的分区规律。最后,采用球形封闭腔对随机堆积结构进行切割,得到可用于孔隙尺度模拟的几何结构,将大涡模拟方法与幂律火焰褶皱模型相结合,模拟了氢气-空气预混气体在随机多孔介质结构下的封闭空间内的燃烧过程。通过将模拟结果与不同湍流背景下的实验数据进行对比,完整地验证了模型的有效性;同时分析了不同结构内球形火焰的分布情况、火焰面厚度、火焰面传播速度、火焰面半径、火焰面积及火焰面上平均涡量值随时间的变化规律;并基于火焰面上Karlovitz数的分布情况,定量分析了多孔介质内湍流-火焰的相互作用,从而确定了多种结构内的湍流火焰分区规律;将基于幂律火焰褶皱模型的模拟结果与应用EBU-Arrhenius模型得到的结果进行对比,分析了幂律火焰褶皱模型的优势及其必要性。

关键词： 格子玻尔兹曼方法   锌镍单液流电池   孔隙尺度   多孔电极  

摘要： 随着传统化石燃料的大量使用,环境污染日益加重,以风能、太阳能等可再生能源补充甚至替代传统化石能源已刻不容缓。为实现风能、太阳能等可再生能源稳定供电,开发高效的大规模储能技术具有非常重大的意义。液流电池相比于其他储能技术具有输出功率和容量相互独立,系统设计灵活,使用寿命长,运行稳定,能量效率及可靠性高等突出优势,应用前景非常广阔。锌镍单液流电池是一种单液流电池,由防化研究院于2007年提出,其正极为多孔烧结氧化镍,负极采用镀镍冲孔钢带作为负极的基体,电解液为碱性锌酸盐溶液。锌镍单液流电池具有系统简单、高能效、低成本、长循环寿命的特性。锌镍单液流电池为大规模储能提供一个优良的解决方案。本文利用格子Boltzmann方法（LBM）从孔隙尺度研究了锌镍单液流电池多孔正极内的流动传质与电化学反应的耦合问题,分析了锌镍单液流电池多孔正极充电过程中的电化学反应机理,主要研究工作如下:1)提出了一种描述稳态条件下锌镍单液流电池烧结镍电极内部传质和化学反应的孔隙尺度LBM模型,但只考虑了OH-浓度的变化及其对电化学反应的影响。模拟了电池充电过程中,正极荷电状态为50%时的稳态反应过程,探究了进口电解液流速、充电电流密度及多孔电极孔隙率对电极内OH-传质和化学反应的影响。2)提出了一种描述稳态条件下锌镍单液流电池电极内部传质和化学反应的孔隙尺度LBM模型。考虑了OH-、H+、过电位等因素,建立了比较完善的锌镍单液流电池流动传质LBM模型,模拟了电池充电过程中,正极荷电状态在50%时的稳态反应过程,得到了孔隙内OH-浓度、电流密度、固相质子浓度、固液相电势以及过电位的分布规律;探究了进口电解液流速、充电电流密度及多孔电极孔隙率对电极内传质和化学反应的影响。3)提出了一种描述瞬态条件下锌镍单液流电池烧结镍电极内部传质和化学反应的LBM模型,模拟了电池充电过程中的瞬态反应过程,得到了孔隙内OH-浓度、电流密度、固相质子浓度在充电过程中的分布规律;探究了充电电流密度、多孔正极厚度及多孔电极孔隙率对电极内传质和化学反应的影响。基于上述工作,获得了一些锌镍单液流电池多孔正极内传质规律及电化学反应机理。

关键词： Biogeochemistry   Civil engineering   Environmental engineering  

摘要： The potential of using bio-geo-chemical processes for applications in geotechnical engineering has been widely explored in order to overcome the limitation of traditional ground improvement techniques. Biomineralization via urea hydrolysis, referred to as Microbial or Enzymatic Induced Carbonate Precipitation (MICP/EICP), has been shown to increase soil strength by stimulating precipitation of calcium carbonate minerals, bonding soil particles and filling the pores. Microbial Induced Desaturation and Precipitation (MIDP) via denitrification has also been studied for its potential to stabilize soils through mineral precipitation, but also through production of biogas, which can mitigate earthquake induced liquefaction by desaturation of the soil. Empirical relationships have been established, which relate the amount of products of these biochemical processes to the engineering properties of treated soils. However, these engineering properties may vary significantly depending on the biomineral and biogas formation mechanism and distribution patterns at pore-scale. This research focused on the pore-scale characterization of biomineral and biogas formations in porous media. The pore-scale characteristics of calcium carbonate precipitation via EICP and biogenic gas formation via MIDP were explored by visual observation in a transparent porous media using a microfluidic chip. For this purpose, an imaging system was designed and image processing algorithms were developed to analyze the experimental images and detect the nucleation and growth of precipitated minerals and formation and migration mechanisms of gas bubbles within the microfluidic chip. Statistical analysis was performed based on the processed images to assess the evolution of biomineral size distribution, the number of precipitated minerals and the porosity reduction in time. The resulting images from the biomineralization study were used in a numerical simulation to investigate the relation between the minera

关键词： 乳状液驱油机理   CT原位扫描   剩余油动态特征   提高采收率  

摘要： 乳状液驱作为一种重要的提高采收率手段,其适应性、驱油机理及提高采收率效果已经得到国内外学者广泛的研究,但由于实验技术及材料的局限性,乳状液对微观剩余油的影响及乳状液在三维孔隙空间中的驱油机理尚未明确。所以本文借助于先进的micro-CT原位扫描技术,进行多组微观尺度的多阶段驱替实验,通过对剩余油赋存位置、粒径、体积、三维/二维形状因子及接触角定量表征,分析乳状液对剩余油动态特征的影响,得出乳状液驱在微观孔隙空间中的驱油机理:首先,根据乳状液室内配置结果,确定乳状液的配置方案和配置方法。在此基础上,进行两组乳状液在线驱替扫描实验和一组聚合物在线驱替扫描实验。获得驱替阶段的油水分布图像,经图像优化、图像分割及孔隙网络模型建立后,精确定量孔隙结构及油相动态特征。其次,通过对不同阶段油相动态特征变化进行分析,明确了乳状液对剩余油形态、赋存位置、粒径、体积、形状因子及接触角等特征的影响规律。第一,水驱主要动用喉道处的剩余油;乳状液驱即动用孔隙中的剩余油也动用喉道中的剩余油。第二,水驱动用16-37μm之间的油相;乳状液驱动用的是6-25μm之间的油簇后。第三,饱和油后,油簇形状极不规则,油簇形状因子的范围最大;水驱后,油簇形状因子均匀减小,其范围缩小;乳状液驱后,油簇的形状因子和范围都进一步缩小,形状因子较小的油簇数量明显增加。第四,水驱后,油簇的接触角范围为85°-134°,平均接触角为111.7°;乳状液驱后,油簇的接触角分布范围为40°-119°,其平均接触角为79.0°。第五,后继水驱对提高采收率的贡献最大。最后,结合孔隙结构特征、剩余油动态特征及剩余油分类分析,明确了乳状液在孔隙空间中的三种驱油机理:第一,乳状液从大油簇上剥落油滴,减小连续型油簇的体积,增加非连续型油簇数量;第二,改变油水界面张力,原本赋存在孔隙壁面及角隅的剩余油以圆球状聚集在孔隙中央;第三,改变局部毛管力分布,以直接动用和分段动用两种途径增加驱替相的波及面积。并对比分析了聚合物驱与乳状液驱的驱油机理的区别:聚合物驱增加波及面积的方式为封堵优势通道,改善驱替的非均衡性;聚合物对剩余油形态的影响较小,主要影响连续型剩余油的分布及饱和度,并且后继水驱对提高采收率的贡献很小。

关键词： VOF方法   孔喉网格剖分   相界面追踪   剩余油赋存形状   特高含水期  

摘要： 我国东部油田普遍进入特高含水期,剩余油分布趋于复杂和分散,提高采收率难度不断加大。经典的油藏数值模拟方法基于宏观的渗流理论体系,无法认识微观孔隙对剩余油分布的作用机制。孔隙尺度数值模拟技术,可以反映不同孔隙结构、不同驱替方式下剩余油的微观分布、演变及动用机制,揭示驱油效果的本质,为提高采收率机理研究提供理论基础和技术手段。本文共开展以下研究:(1)在岩心CT扫描图像二值化处理及三维重建基础上,首先提取岩心的三维孔喉空间,对孔喉空间铺设结构化的笛卡尔网格,在孔喉边界采用切削网格贴体处理,精确描述不规则孔喉壁面,实现了实际复杂岩心孔喉空间的网格剖分,建立了孔喉网格模型。(2)通过亚网格内界面重构,提出了基于虚拟流体的油水两相界面张力精确算法,解决了传统VOF方法对表面张力处理时连续界面力(CSF)在高表面张力情形下产生非物理震荡的问题,从而大大提高了油水两相界面张力的计算精度,实现了油水两相流动的精确模拟。(3)开发了基于MPI的跨节点并行处理算法,实现了数值模拟并行计算,大大提高了孔隙尺度油水两相流动模拟的计算效率,在此基础上,编制了前后处理模块,研发了基于VOF的数值模拟软件,适用于油水两相、二维及三维条件下的孔隙尺度数值模拟研究。(4)微观水驱油物理实验与数值模拟相结合,建立了高含水期微观剩余油赋存形状划分标准,通过数值模拟剩余油赋存形状的识别追踪及各种赋存形状剩余油的受力状态的提取,实现了剩余油赋存形状动态演变规律及动用机制定量表征。(5)利用实际岩心的二维平面水驱实验,对数值模拟计算的水驱流动通道、剩余油饱和度、水驱过程中不同赋存形状剩余油的演变规律进行了验证,证实了数值模拟计算结果的可靠性。在此基础上,分析了微观水驱油特征,包括驱油效率变化特征、水驱波及特征、剩余油赋存形状及演变规律、剩余油的受力特征,并基于特高含水期的剩余油分布,分析了提液和转流线两种开发方式下剩余油的分布规律变化及其动用机制。通过本文研究,建立了孔喉网格剖分方法和孔隙尺度油水两相界面追踪方法,搭建了基于VOF的油水两相孔隙尺度数值模拟平台,为特高含水期剩余油分布及动用研究提供了可靠的技术支撑。

关键词： 裂缝   孔隙尺度   可压缩流动   阻塞流   气体动理学格式  

摘要： 裂缝内可压缩流动广泛存在于油气开采、CO2埋存、地下水污染处理等工业生产及自然界中,是能源开发、环境治理等领域重点关注的问题。例如,在天然气开采中的高压气井井筒附近,气体的可压缩性对流动的影响显著。本文将基于气体动理学格式（Gas Kinetic Scheme,GKS）在孔隙尺度上模拟裂缝内可压缩流动,并分析流动达到阻塞的影响因素,研究基质岩块系统与裂缝系统之间的窜流对出流流量的影响。以下是本文研究工作的主要内容:1、结合直角网格技术,开发了针对多孔介质内流动的GKS模拟方法。检验了该数值方法模拟复杂区域的不可压低速渗流和可压缩流动的可行性与有效性。测试结果表明:开发的GKS程序能够有效地处理复杂边界形状;相比于单松弛格子玻尔兹曼方法,GKS能够精确实现壁面无滑移边界条件,从而正确反映渗透率与黏性无关的特性;对于Berea砂岩切片结构中的复杂流动,模拟结果与实验吻合较好,能较精确地计算出渗透率。2、模拟了曲张管道内的可压缩流动,分析了管道的各项特征参数（如管道长度,凸起物的幅度,凸起物个数等）及管道截面形状对管内可压缩流动的影响,总结了管内流动发生阻塞的相关规律:对于该类曲张管道模型,管内阻塞的位置均是位于喉道处,且管道越短或凸起幅度越大或凸起物越多,管道越容易发生阻塞;临界压力比与管道长度存在线性关系;各项参数相同时,圆管道比平行通道更容易发生阻塞。3、提出了与气藏储层的平均压力、气藏储层的渗透率、裂缝尺寸、气体动力学黏度等相关的基质-裂缝窜流边条件,并将其应用到直圆管内可压缩流动的研究中。模拟结果表明:流入管内的气体总量是气藏储层的平均压力与井筒压力比值的非线性函数,且存在饱和现象;当气藏储层的平均压力与井筒压力比值较大时,井筒中的大部分气体都产自裂缝与井筒连接处附近的储层区域。总之,本文结合直角网格技术,开发了针对多孔介质流动的GKS模拟方法,检验了该数值方法模拟复杂区域的不可压低速渗流和可压缩流动的可行性与有效性,为进一步研究多孔介质内的输运问题提供了有效的工具;此外,本文还提出了一种基质-裂缝窜流边条件,分析了井筒附近的流道四周存在窜流时,对流道内可压缩流动的影响,为以后的相关研究奠定了基础。

关键词： PDMS   微尺度   泡沫   流动特性   多孔介质   影响因素  

摘要： 今后几十年期间石油依然在全球能源组成中占据主导地位,但与此同时在全球范围内还广泛存在着石油采收率较低的问题。因此采用三次采油技术对地层下剩余石油进行进一步合理有效的开发,最大限度地提高石油采收率成为油田开发中后期的重要趋势。三次采油中的泡沫驱方法能大幅提高石油采收率,得到众多研究者的关注,但对于泡沫在孔隙尺度下的渗流特性与机理的认识还不够深入和全面,且目前对多孔介质内泡沫流动进行直接观测的研究鲜有涉及。本文以泡沫流体在多孔介质内的流动过程为研究对象。采用二甲基硅氧烷（PDMS）孔隙模型作为实验段并结合显微可视化技术,探究微尺度下泡沫在孔隙内的流动特性。实现在孔隙尺度下直接观测泡沫流体流动过程的实验条件。通过调节液相与气相的流量。同时,分析了泡沫质量、注入速率、渗透率以及气体类型对泡沫流动特性的影响。选用阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S)为起泡剂,得到浓度为0.5wt.%表面活性剂溶液。以高纯N2作为实验气体。在液相体积流量Ql为0.1mL/min,泡沫质量fg为50%90%的范围内进行了实验。分析了泡沫发生器对泡沫流体在孔隙尺度下流动的影响及气泡在孔隙尺度下的生成、破裂、聚并、运移过程的机理。结果表明:泡沫发生器能够减小滞留气泡尺寸,增加气泡数量,增强泡沫对孔隙的封堵能力;卡断和薄膜分裂是两种主要的泡沫生成机理;气泡聚并现象出现的频率较低,且气泡之间相接触的液膜变化是产生气泡聚并的重要原因;多孔介质内的泡沫流动在局部是非稳态的,主要表现为滞留泡沫和流动泡沫状态的转换,其中气泡的再生成以及流动气泡对周围滞留气泡的扰动是导致产生这一变化的重要原因。另外,在有泡沫发生器的实验条件下,通过实验分析了泡沫质量、注入速率、渗透率以及气体类型对泡沫流动特性的影响,并得到的结论为:随着泡沫质量fg的增加,泡沫对孔隙的封堵性能增强;但在高泡沫质量下,由于流动气泡对滞留气泡的扰动作用,使孔隙内滞留气体饱和度和滞留气体份额有所降低;随着泡沫流体流量的升高,孔隙模型滞留气体饱和度升高,但在高流量下发生气窜现象;与CO2泡沫相比,在相同泡沫质量下N2泡沫对孔隙模型的封堵效果较好,表现出较窄的滞留气泡尺寸分布,泡沫稳定性较好。在泡沫质量fg为50～70%范围内,高渗透率孔隙模型内的滞留气体饱和度较大,但在泡沫质量大于70%时低渗透率孔隙模型下的滞留气体饱和度较大。泡沫在非均质结构的孔隙模型内流动时具有选择性封堵作用,即优先通过渗透率较高的区域。

关键词： 滑坡   强降雨   优先流   大孔隙   几何形态   分布特征  

摘要： 植被发育斜坡土体中普遍存在大孔隙,在强降雨过程中大孔隙产生的优先流加快降雨入渗,影响斜坡稳定。大孔隙结构影响优先流过程和优先流的水动力特性。为探明植被发育斜坡土体大孔隙结构的多尺度特征,本文在分析土体大孔隙研究进展的基础上,提出适用于研究植被发育斜坡土体大孔隙的试验方法。以云南省段家营、头寨、象冲、东月各、白泥山和贵州八渡滑坡的植被发育斜坡土体为研究对象,采用挖掘法、染色示踪法、CT扫描法、SEM法定性和定量分析植被发育斜坡土体大孔隙的多尺度几何形态和分布特征。研究表明:挖掘法、染色示踪法、CT扫描法、内窥镜检查和SEM法适用于分析植被发育斜坡土体的大孔隙结构;植被发育斜坡土体的大孔隙有腐烂根系通道、根-土间隙、动物通道、团聚体间大孔隙、土-石间隙、干缩裂隙和成因不明大孔隙,其中前四种是主要类型;各种大孔隙相互交织组成大孔隙网络系统;受到植物物种、树龄、动物物种、土体生态系统和立地条件的影响,不同类型大孔隙的多尺度几何形态和分布特征不同。将先进技术手段与染色剂溶液降雨模拟示踪试验结合起来,研究大尺度的大孔隙三维几何形态和分布特征是未来的主要工作。